恩智浦i.MX RT1052跨界MCU在扫地机器人中的应用

内容提要

扫地机器人解放人类双手，保持家庭清洁，在过去几十年越来越受欢迎。扫地机器人使用名为“同步定位与地图构建”(SLAM) 的空间计算算法进行导航。传统上，SLAM通常在功能强大的嵌入式处理器上进行处理。然而，恩智浦的跨界微控制器单元 (MCU) 的推出标志着新一代设备的诞生。这些器件具备实时性能、高能效和强大的连接，能够更高效地在住宅和商业空间内导航和进行清洁。

自2011年以来，bObsweep开发了一系列智能扫地机器人，帮助人们保持房屋整洁。其产品组合包括几种型号，旨在满足用户的不同需求和预算，例如PetHair、Dustin和Ultra-Vision。

bObsweep PetHair专为有宠物的家庭而设计，结合了清扫、吸尘和拖地功能，能够有效清除各种地板上的灰尘和碎屑。升级版Dustin在PetHair的基础上增加了自动排空尘盒、Wi-Fi连接、智能手机应用控制，配有更大的电池，支持长时间清洁。bObsweep的旗舰扫地机器人Ultra-Vision更是将清洁提升到了新的高度。它配备大尺寸集尘器，搭载摄像头和实时计算机视觉处理系统，可检测到低矮物品并及时避障。Dustin和Ultra-Vision型号响应敏捷，仅需6秒即可启动，无需训练运行即可实时绘制地图，迅速识别地板布局并对环境做出快速反应。

跨界MCU赋能扫地机器人

从历史上看，扫地机器人除了依赖一个或多个独立的MCU外，还需要使用大型CPU来处理工作负载，这增加了成本、复杂性和功耗。然而，新一代跨界MCU处理器通过将应用专用芯片的高性能和集成度与传统MCU的实时功能和易用性相结合，能够有效地支持扫地机器人。

bObsweep依托该创新器件，将多种吸尘功能整合到单芯片解决方案中 (恩智浦的i.MX RT1052跨界MCU)。这种处理器不仅成本效益高，而且高度精准，可作为机器人的大脑。

通常，扫地机器人的各种功能是通过使用多个专用处理器来实现的。典型的架构包括分别用于低层级电机和传感器控制的MCU、用于导航的高级计算CPU和独立的无线芯片等。然而，将工作负载分散在多个芯片上会增加成本、复杂性和故障点。此外，多芯片系统还会占用更多的PCB空间，限制设计灵活性。

为了向客户提供卓越的用户体验和最佳价值，bObsweep采用了一种不同的方法来设计其产品的硬件和软件。

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扫地机器人的“大脑”

i.MX RT1052是恩智浦跨界MCU系列中的一款产品，它结合了应用处理器的高性能和集成度与传统MCU的实时功能和易用性。

该MCU包含一个运行频率高达600MHz的Arm Cortex-M7核，提供足够的计算能力来处理低层级实时任务，例如电机控制、传感器融合和导航规划。恩智浦的i.MX RT1050跨界MCU还配备了用于控制CMOS传感器的CSI接口，以及高达1MB的TCM，可在板上完成整个处理过程。

i.MX RT1050跨界MCU的结构框图。

连接和接口

扫地机器人通过多种接口连接传感器、执行器、无线模块和其它外设。i.MX RT1052通过广泛集成I/O选项来满足这些连接需求，包括：

多个I2C、SPI和UART端口，用于连接传感器

多达12个PWM通道，用于无刷直流电机控制，音频和显示接口

用于外部模块的USB/CAN连接

高级图形和计算机视觉

Ultra-Vision是bObsweep迄今为止最先进、最智能的扫地机器人，它为清洁性能和避障设定了新的标准。然而，即使是面向视觉对象检测等高级功能，Ultra-Vision仅需要一个i.MX RT1052芯片即可完成所有处理任务。i.MX RT1052使Ultra-Vision能够比市场上任何其它扫地机器人更快地识别障碍物并做出反应，同时保持紧凑、经济高效的处理器架构。这正是bObsweep能够为高端产品提供亲民价格的秘诀。

并行8位或16位摄像头接口允许以高达720p的分辨率和60帧每秒的速度，直接连接到原始拜耳图像传感器。i.MX RT1050跨界MCU集成了像素处理管道 (PXP) 硬件，可分流图像预处理任务，包括色彩空间转换、缩放、阿尔法混合和旋转。PXP无需CPU干预即可动态处理图像。

通过结合摄像头接口和PXP，bObsweep能够经济高效地将计算机视觉集成到其机器人中。无需外部视觉处理器或GPU，即可实时处理摄像头输入，以检测和识别机器人路径中的物体。

电源管理和能效

扫地机器人等电池供电设备需要较高的能效，以尽可能延长每次充电后的运行时间。i.MX RT1052在低功耗应用中表现出色。

该芯片集成了一个电源管理IC，带有高效的DC-DC转换器，为MCU和外部组件供电，无需外部电源管理电路。低功耗模式允许在轻负载期间调节CPU时钟速度和内核电压，全深度睡眠模式可实现低至4.6mA的电流消耗，同时保持SRAM中的内容和GPIO状态。i.MX RT1052 MCU还提供灵活的外设时钟门控，允许未使用的模块自动关闭以减少功耗。

开发平台

恩智浦通过全面的软件和工具生态合作体系，极大地简化了i.MX RT的开发。其MCUXpresso SDK包括用于MCUXpress for VS code、MCUXpresso IDE、Keil MDK及IAR Embedded Workbench的项目文件。i.MX RT1050跨界MCU也支持FreeRTOS。

此外，i.MX RT系列还受到Zephyr Project的支持，为开发人员提供了一个功能齐全、经过广泛测试和安全的RTOS，并具有灵活的许可模式。Zephyr的模块化架构和强大的设备驱动程序基础设施，使得定制操作系统以满足扫地机器人应用的特定需求变得更加容易。

用于设置引脚复用、时钟树和电源序列的配置工具，大大减少了产品开发过程中的工作量。

横扫竞争对手

以恩智浦的i.MX RT1050跨界MCU为平台基础，bObsweep推出了一系列机器人产品，这些产品提供高性能、高效率和智能功能。i.MX RT1052非常适合作为扫地机器人的“大脑”，其架构提供高速控制、实时操作、先进的处理能力和可靠的连接。

恩智浦客户成功案例

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